專利名稱：一種汽輪機(jī)抗氣蝕葉片及其成形方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種汽輪機(jī)抗氣蝕葉片及其成形方法，屬于特種加 工技術(shù)領(lǐng)域。
(二)
背景技術(shù)：
汽輪機(jī)葉片是火力發(fā)電廠中極其重要的部件。高溫、高壓蒸汽進(jìn) 入汽輪機(jī)后，以極大的速度對(duì)汽輪機(jī)葉片進(jìn)行沖擊，將能量傳遞給汽 輪機(jī)葉片，帶動(dòng)汽輪機(jī)主軸的旋轉(zhuǎn)。汽輪機(jī)葉片在蒸汽的高速?zèng)_擊下， 進(jìn)氣邊容易發(fā)生氣蝕破壞，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致整個(gè)葉片報(bào)廢，因此電廠運(yùn)行 一段時(shí)間后，必須要停產(chǎn)大修，更換新的汽輪機(jī)葉片。經(jīng)杭州汽輪機(jī) 股份有限公司的主要用戶初步統(tǒng)計(jì)，每年從用戶那里更換的報(bào)廢葉片
達(dá)十幾萬(wàn)件，價(jià)值在5000萬(wàn)元以上。因此，提高葉片的性能，延長(zhǎng) 其使用壽命就成為一個(gè)非常重要的問(wèn)題。而提高葉片的性能可以從兩 個(gè)方面入手 一是優(yōu)化葉片的形狀結(jié)構(gòu)；二是采用高性能材料的葉片。 但是由于目前葉片的加工制造周期比較長(zhǎng)，并且葉片設(shè)計(jì)制造需要不 斷的修正，耗費(fèi)時(shí)日較多；高性能的材料一般造價(jià)高，如果采用傳統(tǒng) 的鑄坯、車削加工等方式，材料浪費(fèi)嚴(yán)重，葉片制造成本太高；同時(shí)， 高性能材料一般強(qiáng)度、硬度高、難于車削加工，傳統(tǒng)方法難于制造； 此外，在葉片制造時(shí)需要葉片具有"梯度功能"，如在葉片進(jìn)氣邊等地方需要硬度高，耐沖擊，而在其它地方需要韌性好，以抵抗持續(xù)的 扭轉(zhuǎn)應(yīng)力。上述各種問(wèn)題都是傳統(tǒng)葉片及成形方法所無(wú)法解決的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的首要技術(shù)問(wèn)題在于提供一種具有"梯度功能"的 汽輪機(jī)抗氣蝕葉片。
所述的"梯度功能"汽輪機(jī)抗氣蝕葉片，是在成形基體上激光成 形合金材料，通過(guò)單道成形、多道搭接、多層堆積得到，所述葉片包 括進(jìn)氣邊易氣蝕部位、不易氣蝕部位和兩者之間的過(guò)渡區(qū)，所述進(jìn)氣 邊易氣蝕部位的激光成形采用耐氣蝕合金粉末；所述不易氣蝕部位的 激光成形采用不銹鋼粉末；所述過(guò)渡區(qū)的激光成形采用耐氣蝕合金粉 末和不銹鋼粉末組成的混合粉末，所述混合粉末的成分從不易氣蝕部 位與過(guò)渡區(qū)的鄰接處到進(jìn)氣邊易氣蝕部位與過(guò)渡區(qū)的鄰接處沿徑向 呈梯度漸變，其中耐氣蝕合金粉末的含量從不易氣蝕部位與過(guò)渡區(qū)的 鄰接處的0%沿徑向線性遞增到進(jìn)氣邊易氣蝕部位與過(guò)渡區(qū)的鄰接處 的100%，不銹鋼粉末的含量從不易氣蝕部位與過(guò)渡區(qū)的鄰接處的 1_00%沿徑向線性遞減到進(jìn)氣邊易氣蝕部位與過(guò)渡區(qū)的鄰接處的0%。
本發(fā)明所述的不易氣蝕部位包括葉片根部等要求韌性好的部位。
本發(fā)明中所述的徑向是指不易氣蝕部位與過(guò)渡區(qū)的鄰接處上某 點(diǎn)到進(jìn)氣邊易氣蝕部位與過(guò)渡區(qū)的鄰接處的最短距離所在方向，或者 是進(jìn)氣邊易氣蝕部位與過(guò)渡區(qū)的鄰接處上某點(diǎn)到不易氣蝕部位與過(guò) 渡區(qū)的鄰接處的最短距離所在方向。進(jìn)一步，所述的耐氣蝕合金粉末推薦為Ni-Cr-W-C合金粉末，其 中Ni、 Cr、 W、 C的重量百分比為Ni 15 20%、 Cr 15 25%、 W50 60%、 C0.5 2%。所述的不銹鋼可以使用2Crl3、 lCrl3、 2Crl2MoV、 17-4PH等不銹鋼材料，以上不銹鋼材料的組成均為公知常識(shí)，比如 2Crl3不銹鋼粉末中各種元素的含量為C 0.20%、 Cr 13.00%、 Si 1.16%、 Ni0.77%、 Fe余量。
本發(fā)明所述的過(guò)渡區(qū)的徑向?qū)挾纫话銥閘~3mm。 所述的成形基體激光成形得到的成形層的厚度為0.5 1.5mm。 本發(fā)明要解決的第二個(gè)技術(shù)問(wèn)題在于提供一種基于激光熔覆技 術(shù)的快速、高效的汽輪機(jī)抗氣蝕葉片的成形方法。
具體而言，所述的成形方法使用的設(shè)備主要包括激光器、數(shù)控機(jī) 床系統(tǒng)和載氣式同軸送粉器，所述載氣式同軸送粉器為基于機(jī)械學(xué)原 理的螺旋式雙漏斗送粉器，所述螺旋式雙漏斗送粉器包括儲(chǔ)料倉(cāng)甲、 儲(chǔ)料倉(cāng)乙，分別連接在儲(chǔ)料倉(cāng)甲、儲(chǔ)料倉(cāng)乙下方的漏斗甲、漏斗乙， 以及設(shè)在儲(chǔ)料倉(cāng)甲與漏斗甲連接口處的與調(diào)速電機(jī)連接的螺旋桿甲， 設(shè)在儲(chǔ)料倉(cāng)乙與漏斗乙連接口處的與調(diào)速電機(jī)連接的螺旋桿乙。螺旋 桿緊貼圓筒形的儲(chǔ)料倉(cāng)出口，螺旋桿與儲(chǔ)料倉(cāng)出口間有微小間隙，當(dāng) 螺旋桿靜止時(shí)，儲(chǔ)料倉(cāng)中的粉末由于靜壓作用將儲(chǔ)料倉(cāng)出口堵塞，無(wú) 粉末輸出，送粉速度為零；當(dāng)螺旋桿在調(diào)速電機(jī)的帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)時(shí)，儲(chǔ) 料倉(cāng)中的粉末通過(guò)儲(chǔ)料倉(cāng)出口與螺旋桿之間的微小間隙進(jìn)入漏斗，有 粉末輸出，并且送粉速度與螺旋桿轉(zhuǎn)速成正比，通過(guò)調(diào)整螺旋桿的轉(zhuǎn) 速可以控制送粉速度。所述螺旋式雙漏斗送粉器還設(shè)置有粉末分配器和同軸送粉噴嘴，粉末分配器和同軸送粉噴嘴在市場(chǎng)上有售，其結(jié)構(gòu) 為激光行業(yè)人員所共知。所述的漏斗甲的出口、漏斗乙的出口通過(guò)塑 料導(dǎo)管和連接頭與粉末分配器的入口連通，所述的同軸送粉噴嘴通過(guò) 塑料導(dǎo)管與粉末分配器的出口連通，同軸送粉噴嘴固定在激光頭上， 始終與激光頭的運(yùn)動(dòng)一致，所述激光頭的運(yùn)動(dòng)由數(shù)控機(jī)床的絲杠和導(dǎo) 軌控制；所述成形方法包括如下步驟
(1) 根據(jù)成形基體和目標(biāo)葉片的尺寸、形狀，確定目標(biāo)葉片過(guò)渡 區(qū)、抗氣蝕區(qū)尺寸，通過(guò)數(shù)控編程確定單道成形和多道搭接軌跡；
(2) 在所述送粉器的儲(chǔ)料倉(cāng)甲放置耐氣蝕合金粉末，在儲(chǔ)料倉(cāng)乙 放置不銹鋼粉末，設(shè)定兩個(gè)螺旋桿的轉(zhuǎn)速，使耐氣蝕合金粉末、不銹 鋼粉末分別進(jìn)入漏斗甲、漏斗乙后進(jìn)入粉末分配器中混合為一定配比 的成形粉末后輸出，進(jìn)入同軸送粉噴嘴；所述的粉末分配器中成形材 料粉末的成分控制具體如下螺旋桿甲的轉(zhuǎn)速為零時(shí)，則成形材料為 不銹鋼粉末；螺旋桿乙的轉(zhuǎn)速為零時(shí)，則成形材料為耐氣蝕合金粉末； 通過(guò)設(shè)定螺旋桿甲、螺旋桿乙的轉(zhuǎn)速來(lái)得到工藝所需配比的成形材料 粉末；
(3 )激光束i匿過(guò)同軸送粉噴嘴內(nèi)部的光束通道輻照在成形基體上 形成液態(tài)的熔池，同時(shí)成形材料粉末在載氣的吹動(dòng)下經(jīng)由同軸送粉噴 嘴的流道匯聚到熔池中；當(dāng)激光頭按步驟(1)確定的軌跡運(yùn)動(dòng)時(shí)， 熔池的位置不斷運(yùn)動(dòng)，熔池后沿不斷凝固從而在成形基體表面形成預(yù) 定形狀的單道成形層，單道成形層的厚度為0.1 0.5mm;單道成形層 之間互相搭接得到葉片成形面；(4) 一層成形完后，重復(fù)步驟(1)到(3)的過(guò)程在得到的成形 面上再堆積第二層，直到達(dá)到規(guī)定的葉片高度，從而得到汽輪機(jī)葉片 的近似件，經(jīng)過(guò)打磨、拋光及檢測(cè)等后處理步驟得到所述的汽輪機(jī)抗 氣蝕葉片。
對(duì)于目標(biāo)成形葉片，其形狀一旦確定，即可通過(guò)通用的數(shù)控加工 軟件得到與之相對(duì)應(yīng)的數(shù)控程序，以控制激光頭的運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行激光成 形。
步驟(2)所述的載氣可使用高壓氮?dú)?、氬氣等?br> 步驟(3)所述的激光成形的具體工藝參數(shù)推薦如下激光功率
密度為3.0xl04~3.5xl06W/cm2，激光束半徑為0.25 1.5mm，送粉速度 為5 15g/min，掃描速度為0.01 0.05m/s，搭接系數(shù)為30% 40%。
本發(fā)明中，從倒置圓錐形流道中噴出噴嘴的粉末的匯聚點(diǎn)需在基 體表面上，所以所述的成形材料粉末注入到熔池前一般都需先調(diào)整噴 嘴到成形基體的距離，使得從倒置圓錐形流道中噴出噴嘴的粉末的匯 聚點(diǎn)在基體表面上。
本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在以下幾方面
(1)本發(fā)明所述汽輪機(jī)抗^t蝕葉片，在葉片進(jìn)氣邊抗氣蝕部位采 用耐氣蝕合金材料作為成形材料，使之獲得800HV0.2以上的高硬度 和強(qiáng)度，提高葉片的抗氣蝕能力，在葉片的不易氣蝕部位采用常規(guī)不 銹鋼粉末作為成形材料，在過(guò)渡區(qū)則通過(guò)控制以上兩種成形材料的配 比實(shí)現(xiàn)硬度、強(qiáng)度等的梯度過(guò)渡，最終成形出具有"梯度功能"的汽 輪機(jī)葉片，使得葉片進(jìn)氣邊強(qiáng)度、硬度高、抗氣蝕性能強(qiáng)，而葉片不易氣蝕部位韌性好，有利于抵抗扭轉(zhuǎn)應(yīng)力疲勞，并節(jié)省昂貴抗氣蝕粉 末的消耗，成形更經(jīng)濟(jì)。
(2)本發(fā)明采用激光成形的成形方法，激光功率高，掃描速度快， 并省去了傳統(tǒng)葉片制造中的鑄坯、車削等環(huán)節(jié)，可以大大縮短葉片制 造的時(shí)間，并能節(jié)省大量材料。同時(shí)本發(fā)明成形方法基于多層堆積， 不受葉片復(fù)雜形狀的限制，因此能夠成形傳統(tǒng)葉片加工方法無(wú)法加工 出的葉片形線，有利于改進(jìn)葉片結(jié)構(gòu)，提高使用效率。成形葉片進(jìn)氣 邊背弧側(cè)具有優(yōu)異的抗水蝕性能，省去鑲鉗硬質(zhì)合金或熱處理等后續(xù) 加工過(guò)程。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例制得的抗氣蝕葉片的整體材料分區(qū)示意圖，
箭頭所指方向?yàn)槎逊e方向；
圖2為實(shí)施例制得的抗氣蝕葉片的側(cè)面局部材料分區(qū)示意圖； 圖3為實(shí)施例使用汽輪機(jī)葉片激光直接成形設(shè)備連接示意圖； 圖4為實(shí)施例使用的粉末分配器示意圖； 圖5為實(shí)施例使用的噴嘴結(jié)構(gòu)示意圖中，1、進(jìn)氣邊易氣蝕部位(耐氣蝕材料區(qū))，2、不易氣蝕部
位(常規(guī)材料區(qū))，3、過(guò)渡區(qū)，4、漏斗甲，5、漏斗乙，6、儲(chǔ)料倉(cāng) 甲，7、儲(chǔ)料倉(cāng)乙，8、調(diào)速電機(jī)甲，9、調(diào)速電機(jī)乙，10、螺旋桿甲， 11、螺旋桿乙，12、激光器，13、反射鏡，14、同軸送粉噴嘴，15、 成形基體，16、噴嘴粉末流道，17、噴嘴粉末管道入口， 18、數(shù)控機(jī)床，19、高壓氣瓶，20、噴嘴冷卻水進(jìn)出接口， 21、粉末分配器，22、 計(jì)算機(jī)工作站，23、葉根。
(五)具體實(shí)施例
下面結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明技術(shù)方案，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不 限于此。
本實(shí)施例使用的汽輪機(jī)葉片激光直接成形設(shè)備如圖3、圖4、圖 5所示，設(shè)備主要包括7kWC02激光器12、數(shù)控機(jī)床18系統(tǒng)和載氣 式同軸送粉器，所述載氣式同軸送粉器為基于機(jī)械學(xué)原理的螺旋式雙 漏斗送粉器，所述螺旋式雙漏斗送粉器包括儲(chǔ)料倉(cāng)甲6、儲(chǔ)料倉(cāng)乙7， 分別連接在儲(chǔ)料倉(cāng)甲、儲(chǔ)料倉(cāng)乙下方的漏斗甲4、漏斗乙5，以及設(shè) 在儲(chǔ)料倉(cāng)甲與漏斗甲連接口處的與調(diào)速電機(jī)8連接的螺旋桿甲10， 設(shè)在儲(chǔ)料倉(cāng)乙與漏斗乙連接口處的與調(diào)速電機(jī)9連接的螺旋桿乙11 ， 所述螺旋式雙漏斗送粉器還設(shè)置有粉末分配器21和同軸送粉噴嘴 14，所述同軸送粉噴嘴14內(nèi)部中空并設(shè)置有倒置圓錐形流道16，所 述的漏斗甲出口 、漏斗乙出口分別通過(guò)塑料導(dǎo)管與連接頭與粉末分配 器的入口連通，所述的同軸送粉噴嘴與粉末分配器的出口連通，同軸 送粉噴嘴固定在激光頭上，始終與激光頭的運(yùn)動(dòng)一致，所述激光頭的 運(yùn)動(dòng)由數(shù)控機(jī)床的絲杠和導(dǎo)軌控制；7kWC02激光器12產(chǎn)生的激光 匯聚后經(jīng)反光鏡13反射進(jìn)入激光頭，所述的激光頭對(duì)置于數(shù)控機(jī)床 上的成形基體15相對(duì)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行成形工作。
本實(shí)施例的目標(biāo)葉片的型號(hào)為SK71-3 (如圖1、 2所示)，葉根材料為2&13。本實(shí)施例的工藝參數(shù)范圍為激光功率密度為
3.0xl(^W/cm 激光束半徑為l.Omm,送粉速度為5~15g/min，掃描速 度為0.03m/s，搭接系數(shù)為30%。 具體實(shí)施過(guò)程如下
(1) 步驟一
根據(jù)成形葉片的形狀，通過(guò)數(shù)控編程確定單道成形和多道搭接軌 跡，同時(shí)根據(jù)葉片的形狀和尺寸進(jìn)行編程并制作邊緣支撐板，以保證 葉片成形時(shí)的尺寸精度。編程可基于試驗(yàn)法，即編程人員以葉片的形 狀、尺寸為依據(jù)，編寫出數(shù)控程序，并不斷進(jìn)行試驗(yàn)、修正，最終得 到合適的數(shù)控程序。
(2) 步驟二
根據(jù)葉片形狀尺寸以及抗氣蝕區(qū)的尺寸要求，確定抗氣蝕區(qū)尺寸 為63xl4xl.5mm2;確定過(guò)渡區(qū)的徑向?qū)挾葹?mm。根據(jù)抗氣蝕區(qū)和 過(guò)渡區(qū)的尺寸和形狀編程各送粉器的送粉量。
(3) 步驟三
將各種激光成形設(shè)備互連，搭建葉片激光直接成形系統(tǒng)。為實(shí)現(xiàn) 葉片進(jìn)氣邊的抗氣蝕功能，并實(shí)現(xiàn)性能的"梯度過(guò)渡"，采用了雙漏斗 送粉器在儲(chǔ)料倉(cāng)6放置耐氣蝕合金粉末，其中Ni、 Cr、 W、 C的重 量百分比為Ni 20.1%、 Cr21.8%、 W 57.5%、 C 0.6%。在儲(chǔ)料倉(cāng)7 放置2Crl3不銹鋼粉末。
送粉器的甲、乙的兩個(gè)漏斗4、 5分別與各自的儲(chǔ)料倉(cāng)6、 7以 及螺旋桿IO、 ll裝配到一起。調(diào)速電機(jī)8與9可控制螺旋桿10、 11以不同的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)。螺旋桿IO、 11分別緊貼儲(chǔ)料倉(cāng)6、 7的出口，螺 旋桿與儲(chǔ)料倉(cāng)出口之間有一微小間隙。當(dāng)螺旋桿不轉(zhuǎn)時(shí)，螺桿和儲(chǔ)料 倉(cāng)出口處的粉末受到由粉末自重產(chǎn)生的靜壓力的作用而擠壓在一起，
堵塞螺旋桿與儲(chǔ)料倉(cāng)出口處的微小間隙，無(wú)粉末輸出，送粉速度為零; 當(dāng)螺旋桿在電機(jī)的帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)時(shí)，間隙處的粉末被打散，粉末在重力 和高壓氣體的作用下通過(guò)螺旋桿與儲(chǔ)料倉(cāng)出口間的間隙，落到甲、乙 兩個(gè)漏斗中。螺旋桿的轉(zhuǎn)速不同，則單位時(shí)間落入漏斗的粉末量不同， 即送粉速度不同。在成形中通過(guò)設(shè)定的程序，改變兩個(gè)螺旋桿的轉(zhuǎn)速， 可得到兩種粉末的不同速度比率(成分比率)。 (3)步驟四
粉末落入漏斗后，在高壓氮?dú)饣驓鍤獾拇祫?dòng)下通過(guò)塑料管道輸送 到粉末分配器21中(圖4)，粉末分配器有一個(gè)入口，四個(gè)出口，入口 在中間，出口均勻分布在四周。粉末分配器入口與送粉器的漏斗甲和 漏斗乙通過(guò)塑料管道和連接頭相連。粉末在高壓載氣的吹動(dòng)下，從分 配器入口噴入，在分配器種成"噴泉狀"下落，進(jìn)入四個(gè)出口，從而將 一束粉末分為均勻的四束輸出，通過(guò)塑料管道進(jìn)入圖5中的同軸送粉 噴嘴入口 17(圖5為剖面圖，只顯示了兩個(gè)入口，前后面還有兩個(gè)入 口，總共四個(gè))。粉末進(jìn)入噴嘴后，沿著噴嘴內(nèi)的倒置圓錐形流道16 運(yùn)動(dòng)，在氣壓的作用下在圓周方向上粉末均勻分布。粉末噴出噴嘴后， 近似保持在流道內(nèi)的運(yùn)動(dòng)方向，在空中飛行一段距離后匯聚。通過(guò)設(shè) 計(jì)噴嘴流道的形狀，以及調(diào)整噴嘴與成形基體的距離，可使粉末匯聚 點(diǎn)在基體表面15上，即使粉末直接匯聚到熔池里。(4) 步驟五
設(shè)置激光器12的輸出功率為2-4kW，激光束經(jīng)反光鏡13反射后， 改變傳輸方向進(jìn)入同軸噴嘴14，同軸噴嘴內(nèi)部中空，因此激光束能 不受阻擋的通過(guò)噴嘴，最后輻照在成形基體15表面上形成熔池。
(5) 步驟六
在葉片成形時(shí)，同軸送粉噴嘴固定在激光頭上，始終與激光頭的 運(yùn)動(dòng)一致。激光頭的運(yùn)動(dòng)由數(shù)控機(jī)床18的絲杠和導(dǎo)軌控制。當(dāng)激光 頭按預(yù)定的軌跡運(yùn)動(dòng)時(shí)，激光束在基體表面上不斷運(yùn)動(dòng)，因此熔池的 位置不斷運(yùn)動(dòng)，而粉末流始終沿與激光束同軸的倒置圓錐面匯聚到熔 池中，隨著熔池的不斷運(yùn)動(dòng)，熔池后沿不斷凝固，因此形成一定高度 的按預(yù)定軌跡掃描的單道成形層，單道成形層之間互相搭接可形成面 積較大的成形面。葉片形狀確定時(shí)，可通過(guò)編程確定單道成形軌跡， 通過(guò)多道搭接可得到一定厚度的葉片截面；每層成形完后，激光頭提 高一定距離再堆積第二層，重復(fù)以上過(guò)程，最終得到汽輪機(jī)葉片的近 形件，通過(guò)打磨、拋光，可得到"梯度功能"汽輪機(jī)抗氣蝕葉片。
檢測(cè)表明，采用本方法制造的"梯度功能"汽輪機(jī)抗氣蝕葉片其硬 度、耐磨損性、耐氣蝕等性能比傳統(tǒng)葉片有顯著提高從表層到葉片 基體，硬度從高到低梯度分布，(800HV0.2 350HV0.2);耐磨損性能 比傳統(tǒng)葉片分別提高了 3倍以上；耐氣蝕性能比傳統(tǒng)葉片提高了 2倍 以上。
權(quán)利要求
1、一種汽輪機(jī)抗氣蝕葉片，其特征在于所述汽輪機(jī)抗氣蝕葉片是在成形基體上激光成形合金材料，通過(guò)單道成形、多道搭接、多層堆積得到，所述葉片包括進(jìn)氣邊易氣蝕部位、不易氣蝕部位和兩者之間的過(guò)渡區(qū)，所述進(jìn)氣邊易氣蝕部位激光成形采用的成形材料為耐氣蝕合金粉末；所述不易氣蝕部位激光成形采用的成形材料為不銹鋼粉末；所述過(guò)渡區(qū)激光成形采用的成形材料為耐氣蝕合金粉末和不銹鋼粉末組成的混合粉末，所述成形材料粉末的成分從不易氣蝕部位與過(guò)渡區(qū)的鄰接處到進(jìn)氣邊易氣蝕部位與過(guò)渡區(qū)的鄰接處沿徑向呈梯度漸變，其中耐氣蝕合金粉末的含量從不易氣蝕部位與過(guò)渡區(qū)的鄰接處的0％沿徑向線性遞增到進(jìn)氣邊易氣蝕部位與過(guò)渡區(qū)的鄰接處的100％，不銹鋼粉末的含量從不易氣蝕部位與過(guò)渡區(qū)的鄰接處的100％沿徑向線性遞減到進(jìn)氣邊易氣蝕部位與過(guò)渡區(qū)的鄰接處的0％。
2、 如權(quán)利要求1所述的汽輪機(jī)抗氣蝕葉片，其特征在于所述的耐氣 蝕合金粉末為Ni-Cr-W-C合金粉末，其中Ni、 Cr、 W、 C的重量百分 比為Nil5 20%、 Crl9 25%、 W54 60%、 C0.5 2%。
3、 如權(quán)利要求1所述的汽輪機(jī)抗氣蝕葉片，其特征在于所述的過(guò)渡 區(qū)的徑向?qū)挾葹閘~3mm。
4、 如權(quán)利要求1所述的汽輪機(jī)抗氣蝕葉片，其特征在于所述的成形 基體上激光成形得到的成形層的厚度為0.5 1.5mm。
5、 如權(quán)利要求1所述的汽輪機(jī)抗氣蝕葉片，其特征在于所述的不銹 鋼粉末為2Cr13， 1Crl3， 2Crl2MoV， 17-4PH。
6、 一種如權(quán)利要求1所述的汽輪機(jī)抗氣蝕葉片的成形方法，所述的 成形方法使用的設(shè)備主要包括激光器、數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)和載氣式同軸送 粉器，其特征在于所述載氣式同軸送粉器為采用基于機(jī)械學(xué)原理的螺 旋式雙漏斗送粉器，所述螺旋式雙漏斗送粉器包括儲(chǔ)料倉(cāng)甲、儲(chǔ)料倉(cāng) 乙，分別連接在儲(chǔ)料倉(cāng)甲、儲(chǔ)料倉(cāng)乙下方的漏斗甲、漏斗乙，以及設(shè) 在儲(chǔ)料倉(cāng)甲與漏斗甲連接口處的調(diào)速電機(jī)連接的螺旋桿甲，設(shè)在儲(chǔ)料 倉(cāng)乙與漏斗乙連接口處的與調(diào)速電機(jī)連接的螺旋桿乙，所述螺旋式雙 漏斗送粉器還設(shè)置有粉末分配器和同軸送粉噴嘴，所述同軸送粉噴嘴 內(nèi)部中空并設(shè)置有倒置圓錐形流道，所述的漏斗甲、漏斗乙分別與粉 末分配器連通，所述的同軸送粉噴嘴與粉末分配器連通，所述同軸送 粉噴嘴固定在激光頭上，始終與激光頭的運(yùn)動(dòng)一致，所述激光頭的運(yùn) 動(dòng)由數(shù)控機(jī)床的絲杠和導(dǎo)軌控制；所述成形方法包括如下步驟(1) 根據(jù)成形基體的形狀，通過(guò)數(shù)控編程確定單道成形和多道搭接 軌跡；(2) 在所述送粉器的儲(chǔ)料倉(cāng)甲放置耐氣蝕合金粉末，在儲(chǔ)料倉(cāng)乙放置不銹鋼粉末，調(diào)整螺旋桿甲、螺旋桿乙的轉(zhuǎn)速，耐氣蝕合金粉末、 不銹鋼粉末分別進(jìn)入漏斗甲、漏斗乙，漏斗甲、漏斗乙中的耐氣蝕合 金粉末、不銹鋼粉末同步進(jìn)入粉末分配器中混合為成形材料粉末后輸出，進(jìn)入同軸送粉噴嘴；所述的粉末分配器中成形材料粉末的成分控 制具體如下螺旋桿甲的轉(zhuǎn)速為零時(shí)，則成形材料為不銹鋼粉末；螺 旋桿乙的轉(zhuǎn)速為零時(shí)，則成形材料為耐氣蝕合金粉末；通過(guò)調(diào)節(jié)螺旋 桿甲、螺旋桿乙的轉(zhuǎn)速來(lái)得到工藝所需配比的成形材料粉末；(3) 激光束通過(guò)同軸送粉噴嘴內(nèi)部輻照在成形基體上形成液態(tài)的熔 池，同時(shí)成形材料粉末在載氣的吹動(dòng)下經(jīng)由同軸送粉噴嘴的流道匯聚 到熔池中；當(dāng)激光頭按步驟(1)確定的軌跡運(yùn)動(dòng)時(shí)，熔池的位置不 斷運(yùn)動(dòng)，熔池后沿不斷凝固從而在成形基體表面形成預(yù)定形狀的單道成形層，單道成形層的厚度為0.1 0.5mm;單道成形層之間互相搭接 得到葉片成形面；(4) 一層成形完后，重復(fù)步驟(1)到(3)的過(guò)程在得到的成形面 上再堆積第二層，直到達(dá)到規(guī)定的葉片高度，從而得到汽輪機(jī)葉片的 近似件，經(jīng)過(guò)后處理得到所述的汽輪機(jī)抗氣蝕葉片。
7、如權(quán)利要求6所述的汽輪機(jī)抗氣蝕葉片的成形方法，其特征在于 步驟(3)所述的激光成形的具體工藝參數(shù)如下激光功率密度為 3.0xl04 3.5xl06W/cm2，激光束半徑為0.25 1.5mm，送粉速度為 5~15g/min，掃描速度為0.01 0.05m/s，搭接系數(shù)為30%~40%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種汽輪機(jī)抗氣蝕葉片及其成形方法，所述的汽輪機(jī)抗氣蝕葉片，是在成形基體上激光成形合金材料，通過(guò)單道成形、多道搭接、多層堆積得到，所述葉片包括進(jìn)氣邊易氣蝕部位、不易氣蝕部位和兩者之間的過(guò)渡區(qū)，所述進(jìn)氣邊易氣蝕部位的激光成形采用耐氣蝕合金粉末；所述不易氣蝕部位的激光成形采用不銹鋼粉末；所述過(guò)渡區(qū)的激光成形采用耐氣蝕合金粉末和不銹鋼粉末組成的混合粉末。本發(fā)明得到的汽輪機(jī)抗氣蝕葉片，葉片進(jìn)氣邊強(qiáng)度、硬度高、抗氣蝕性能強(qiáng)，而葉片不易氣蝕部位(如根部)韌性好，有利于抵抗扭轉(zhuǎn)應(yīng)力疲勞。同時(shí)本發(fā)明采用激光成形的成形方法，大大縮短葉片制造的時(shí)間，并能節(jié)省昂貴抗氣蝕粉末的消耗，成形更經(jīng)濟(jì)。
文檔編號(hào)F01D5/28GK101418706SQ200810162540
公開日2009年4月29日 申請(qǐng)日期2008年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月20日
發(fā)明者姚建華, 偉 張, 樓程華 申請(qǐng)人:浙江工業(yè)大學(xué)